Die Role der Mikroglia in Neuronale ceroid-lipofuszionosen

Neuronale Ceroid-Lipofuszionosen (NCL) umfasst eine Gruppe vererbter neurodegenerativer Erkrankungen, die sich bereits im frühen Kindesalter manifestieren. Das klassische Krankheitsbild zeichnet sich durch epileptische Anfälle, Demenz und frühen Sehverlust aus. Abhängig von der Populationsgenetik treten zwischen 1:12.500 und 1:100.000 NCL Krankheitsfälle jährlich auf. Bis jetzt wurden 14 Gene und deren krankheitsverursachenden Mutationen identifiziert. Wir wissen jedoch bis heute nicht, wie diese Mutationen molekulare und zelluläre Prozesse beeinflussen können. Studien in murinen Modellen haben zwarerste wichtige Erkenntnisse bezüglich der Krankheitsentwicklung mit Fokus auf die Nervenzellen geliefert; die Rolle des Immunsystems und die Relevanz zum Menschen wurde dabei jedoch außer Acht gelassen. Dieses zeigt sich unter anderem dadurch, dass mehrere Krankheitssymptome in murinen Modelsystemen nicht beobachtet werden konnten. Unser Ziel ist es an die Pathogenese der NCL mit einer neuen Perspektive heranzugehen: In einer früheren Studie konnten wir zeigen, dass die Hälfte der NCL Gene ausschließlich in Mikroglia, einer Zellpopulation des Immunsystems, und nicht in den Nervenzellen der Netzhaut exprimiert ist. Dieses ist insofern interessant, da Mikroglia bereits mehrfach mit Entwicklungsstörungen des Gehirns sowie mit neurodegenerativen Erkrankungen assoziiert wurden. Diese Erkenntnisse könnten auf eine mögliche Beteiligung von Mikroglia in der Entstehung von NCL hinweisen. Hier wollen wir die Auswirkung NCL-assoziierter Mutationen auf Mikroglia charakterisieren. Dafür werden wir eine Genome Editing Strategie verwenden, die es uns erlaubt DNA zielgerichtet zu verändern und somit spezifische Mutationen in das Genom einzufügen. Wir werden jene Mutationen in humane induzierte pluripotente Stammzellen (iPS Zellen) einbringen, welche am häufigsten in den unterschiedlichen NCL Genen zu finden sind. Diese iPS Zellen haben die Möglichkeit in jeden möglichen Zelltyp zu differenzieren. Wir werden mutierte und nicht-mutierte iPS Zellen, in Mikroglia differenzieren, um in einem weiteren Schritt deren intrazellulären Eigenschaften sowie Interaktionen mit dem Nervensystem zu untersuchen und zu vergleichen. Die Ergebnisse diese Studie werden eine wichtige Grundlage bilden, um die Rolle von Mikroglia in NCL zu verstehen. Zusätzlich eröffnet die zelltyp-gerichtete Analyse potentielle neue therapeutische Strategien.

Die Rolle von Mikroglia in neuronalen ceroid lipofuszinosen Neuronale ceroid lipofuszinosen (NCL) sind eine Gruppe vererbter neurodegenerativer Erkrankungen, die sich bereits im frühen Kindesalter manifestieren. Das klassische Krankheitsbild zeichnet sich durch epileptische Anfälle, Demenz und frühen Sehverlust aus. Abhängig von der jeweiligen Population ist eine von 12.500-100.000 Personen betroffen. Das Ziel des Projekts "Die Rolle von Mikroglia in neuronalen Ceroid-Lipofuszinosen" ist die Entwicklung humaner zellbasierter Modelsysteme für NCL um die Mechanismen dieser Krankheitsentwicklung zu untersuchen. Der Fokus liegt dabei auf Mikroglia, den Immunzellen des Zentralnervensystems, und deren Interaktion mit Neuronen. Mikroglia sind in verschiedenste neurodegenerative Prozesse involviert. Eine Aktivierung oder Fehlfunktion dieser Zellen durch bestimmte Signale oder Mutationen kann Entzündung induzieren und somit die Aufgabe und das Überleben von Neuronen beeinflussen. Neue Erkenntnisse aus der Autopsie von NCL Patienten zeigen, dass der größte neuronale Verlust in Regionen mit starker Mikroglia-Aktivierung auftritt, was auf eine enge Verbindung zwischen Neurodegeneration und Immunprozessen hinweist. Humane Autopsien und Mausmodelle haben wichtige Einblicke in die Pathogenese der NCL ermöglicht. Oft ist jedoch das Probenmaterial limitiert und es gestaltet sich schwierig direkte Schlüsse zwischen Tiermodellen und dem Krankheitsverlauf beim Menschen zu ziehen. Es ist daher entscheidend in-vitro Zellsysteme zu entwickeln, welche die humane Krankheitsentwicklung imitieren um die zugrundeliegenden molekularen und zellulären Vorgänge zu verstehen. In unserem Forschungsprojekt etablierten wir Zellmodelle für CLN3, eine juvenile Form der NCL. Dazu verwendeten wir eine Genom-Editierungsstrategie um Mutationen in das CLN3 Gen von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS Zellen) einzuführen. Solche hiPS Zellen haben das Potential sich in alle unterschiedlichen Zelltypen entwickeln zu können. Folglich nutzten wir diese Fähigkeit um mutierte sowie gesunde hiPS Zellen in Mikroglia und Neuronen zu differenzieren, was uns nun ermöglicht NCL im Zellkultursystem zu studieren. Unsere Ergebnisse werden uns und anderen Wissenschaftlern dabei helfen die Kommunikation von Immunzellen und Neuronen besser zu verstehen und neue Methoden zur Behandlung von NCL zu entwickeln. Zudem haben verschiedene Tests entwickelt, um gesunde und mutierte Mikroglia sowie Neuronen hinsichtlich Phagozytose, Apoptose und Proliferation zu charakterisieren. Die potentielle Auswirkung unserer Erkenntnisse ist vielversprechend, da sie eine Plattform für die Erprobung neuer zellspezifischer Therapieansätze bereitstellt.